Hydrotalcite

Struktur

Lempung dikelompokkan menjadi dua kelompok yaitu lempung kationik dan lempung anionik. Lempung kationik banyak ditemukan di alam dan mempunyai struktur secara muatan elektrik bertolak belakang dengan lempung anionik. Lempung anionik jarang ditemukan di alam, tetapi mudah disintesis. Hydrotalcite merupakan senyawa layered double hydroxides (LDHs) termasuk ke dalam keluarga lempung anionik. Hydrotalcite mempunyai ciri yang sama dengan lempung umumnya, bila basah akan mengembang dan liat, dan bila dipanaskan akan menjadi keras.

Struktur hydrotalcite merupakan lembaran dengan kation logam dikelilingi oleh enam hidroksida, M(OH)6, secara oktahedral koplanar. Terbentuk lembaran karena adanya pembagian yang sama pada sisi-sisi dari M(OH)6, sehingga struktur lembaran ini menyerupai struktur dari brucite, Mg(OH)2. Lembaran ini tersusun berlapis dengan dipisahkan oleh anion dan molekul air. Anion yang berada di antara lembaran ini mengkopensasi muatan positif pada lembaran terjadi karena penggantian kation divalen dengan kation trivalen yang memiliki ukuran yang tidak jauh berbeda.

Rumus umum hydrotalcite adalah , di mana MII adalah

kation logam divalen maupun monovalen seperti Mg2+, Zn2+, Fe2+, Cu2+ , dan lain-lain, MIII

adalah kation logam trivalen seperti Al3+, Cr3+, Mn3+, Co3+, La3+, dan lain-lain. Am- adalah anion baik anion anorganik maupun anion organik seperti Cl-, Br-, I-, NO3

-, CO32-, SO4

2-, polioksometalat, silikat, dan lain-lain yang berada di dalam bidang antarlapis. X adalah perbandingan MIII/(MII+ MIII). Skema struktur hydrotalcite seperti disajikan dalam gambar berikut

Skema struktur hydrotalcite yang merupakan lembaran berlapis

Struktur sel satuan hydrotalcite dengan lembar oktahedral

Posisi atom-atom di daerah antar lembaran

Sintesis

Sintesis hydrotalcite dapat dilakukan dengan tiga metode yaitu :1. Metode hidrotermal. Metode ini diawali dengan pengendapan langsung, dilakukan dengan

mencampurkan larutan garam-garam dari logam-logam kation yang telah ditentukan kemudian diatur pH campuran tersebut pada nilai tertentu dengan larutan basa (biasanya NaOH atau amoniak dalam air) kemudian diaduk. Endapan yang terbentuk dibiarkan dalam larutan dan dipanaskan pada suhu tertentu. Dua kondisi hidrotermal yang biasa digunakan yaitu : (1) temperatur lebih tinggi dari 373 K, tekanan rendah, dan dilakukan dalam autoclave. (2) temperatur kurang dari 373 K, yang biasa disebut dengan perlakuan pemeraman, umumnya pada temperatur 120o C dalam waktu tertentu. Dengan metode hidrotermal akan diperoleh endapan yang optimal dan terjadi perubahan dari kristal hydrotalcite yang kecil menjadi lebih besar dan lebih baik dari endapan amorf menjadi endapan kristalin hydrotalcite. Metode pengendapan langsung dapat dilakukan dengan menambahkan larutan basa pada campuran larutan garam-garam kation atau dengan menambahkan larutan garam kation divalen pada campuran larutan garam kation trivalen dan larutan basa. Dari kedua cara tersebut, penambahan larutan basa pada campuran larutan garam-garam kation menghasilkan endapan yang lebih banyak.

2. Pertukaran ion (Ion Exchange). Metode ini dilakukan dengan mempertukarkan anion yang terdapat dalam hydrotalcite yang telah disitesis dengan cara hydrothermal dengan anion lain yang telah ditentukan. Hydrotalcite dengan anion (a) dicampur dengan larutan yang mengandung anion (b) kemudian diaduk beberapa waktu pada temperatur kamar. Metode ini tergantung pada kemampuan anion yang dipertukarkan.

3. Memory Effect. Cara ini dilakukan dengan memanaskan hydrotalcite yang telah disistesis, pada suhu tinggi dalam waktu tertentu hingga menjadi amorf. Padatan amorf tersebut kemudian dilarutkan dalam larutan yang mengandung anion yang dikehendaki. Proses pelarutan kembali dilakukan pada suhu kamar, dan diaduk dalam waktu tertentu, sehingga diperoleh hydrotalcite dengan anion yang dikehendaki.

Kegunaan Hydrotalcite atau LDHs mempunyai beberapa kegunaan, yang meliputi :

a. Sebagai katalis dan pengemban katalisb. Dalam fotokimia, khususnya dalam bidang lingkungan, reaksi fotokimia dari fotoaktif

molekul.c. Dalam elektrokimia, digunakan sebagai elektroda termodifikasid. Sebagai adsorben dari molekul anorganik maupun organik.e. Dalam bidang kesehatan, hydrotalcite digunakan sebagai antiasam, antipeptin, dan penstabil.

Kemampuan ini disebabkan hydrotalcite mempunyai struktur terdiri atas lembaran bermuatan positif, dengan anion di antara lembaran yang dapat dipertukarkan, sehingga menyerupai resin penukar ion. Juga sifat hidrofilik hydrotalcite karena permukaan lembaran hydrotalcite kaya dengan gugus hidroksida sehingga hydrotalcite dapat berinteraksi dengan senyawa lain.

Sifat-sifat hydrotalcite sangat ditentukan oleh kandungan kation dan anion penyusunnya, serta perbandingan antara M2+ dan M3+. Beberapa sifat hydrotalcite sehingga potensial baik sebagai adsorben, antara lain :

Struktur lembaran dari hydrotalcite

a. Luas permukaan yang besar (100-300 m2/g) b. Interdispersi yang homogen c. Efek-efek sinergis antar lapisan, memungkinkan meningkatnya efektivitas dan jumlah sisi

pertukaran anion d. Dapat dilakukan regenerasi setelah dipakai untuk adsorpsi.e. Stabil pada temperatur dan tekanan tinggi f. Hydrotalcite mudah dimodifikasi.

Adsorpsi senyawa organik pada hydrotalcite disebabkan terjadinya interaksi baik interaksi fisika maupun kimia dari gugus–gugus aktif hydrotalcite dengan senyawa organik sebagai adsorbat. Interaksi melibatkan ikatan hidrogen, gaya London, van der Waals, gaya elektrostatik, dan ikatan koordinasi. Adsorpsi dapat terjadi pada permukaan adsorben maupun pada bidang lembaran.

Senyawa HumatPengertian

Menurut Tan (1998): Senyawa humat merupakan komponen yang dominan dari tanah gambut selain senyawa organik dan anorganik lain. Senyawa humat merupakan senyawa dengan berat molekul relatif tinggi berupa koloidal terdispersi yang amorf, berwarna kuning hingga coklat kehitaman. Berat molekul senyawa humat sangat heterogen untuk setiap komponen, tetapi secara kimia komposisinya homogen

Menurut Aiken (1985) senyawa humat merupakan kategori umum dari bahan organik tanah heterogen yang terjadi secara umum dengan karakter berwarna kuning hitam memiliki berat molekul yang besar dan bersifat refraktori.

Menurut Schnitzer (1986) senyawa humat menempati 70-80 % dari bahan organik dalam hampir semua tanah mineral. Karakteristik yang khusus dari senyawa humat adalah kemampuannya untuk berinteraksi dengan oksida, ion logam, hidrokarbon, mineral, dan senyawa organik. Interaksi yang terjadi pada senyawa humat dikelompokkan sebagai reaksi pertukaran ion, adsorpsi pada permukaan, pengkhelatan, dan koagulasi.

Senyawa humat banyak ditemui dalam batubara dan tanah gambut. Tanah gambut merupakan hasil pembusukan bahan organik dalam kondisi kekurangan oksigen.

Berdasarkan kelarutannya dalam berbagai variasi keasaman larutan, senyawa humat dapat dibedakan beberapa fraksi yaitu : (1) asam humat, fraksi senyawa humat yang tidak larut dalam air dengan pH di bawah 2; (2) asam fulvat fraksi ini larut dalam air dengan berbagai kondisi, baik asam maupun basa; (3) humin, adalah fraksi senyawa humat yang tidak larut dalam semua kondisi air, baik asam maupun basa.

Senyawa humat memiliki berat molekul yang tinggi berkisar antara ratusan untuk asam fulvat dan ribuan untuk humin. Senyawa humat tersusun atas kerangka karbon aromatis yang tinggi dan mengandung gugus-gugus fungsional yang umumnya mengandung oksigen. Berat molekul, kearomatisan, dan gugus fungsional merupakan parameter penting yang menentukan sifat-sifat kimia dan biologis senyawa humat.

Asam humat merupakan komponen dari senyawa humat yang larut dalam air dengan kondisi basa dan tidak larut dalam air dengan kondisi asam (< pH 2). Secara kuantitas asam humat lebih besar secara signifikan dibandingkan dengan asam fulvat pada berbagai tanah. Asam humat mengandung gugus fungsional utama yaitu karboksilat, alkohol, fenol, karbonil, fosfat, amida, dan sulfida, yang memungkinkan berinteraksi dengan spesies dalam larutan .

Sifat Sifat-sifat kimia dari senyawa humat sangat ditentukan oleh gugus fungsi yang terkandung

dalam senyawa humat. Keasaman total senyawa humat dalam tanah terjadi karena adanya proton atau ion-ion H+ pada gugus karboksilat, gugus –OH fenolat, –OH alkoholat baik yang terikat pada cincin aromatik maupun pada rantai alifatik.

Menurut Schnitzer kandungan gugus-gugus fungsional asam humat dan asam fulvat dirangkum dalam tabel berikut :

Tabel Kandungan gugus fungsional asam humat dan asam fulvat

Gugus FungsionalAsam Humat

(cmol/kg)Asam Fulvat

(cmol/kg)Keasaman total 670 1130-COOH 360 820- OH fenolat 310 310- OH alkoholat 260 500- C=O (kuinon dan keton) 290 270-OCH3 60 80

Komposisi unsur AH dan AF

Unsur AH (%) AF (%)CHNSO

56,24,73,20,835,5

45,75,42,11,944,8

Analisis yang digunakan untuk menentukan keasaman total dari asam humat umumnya menggunakan metode adsorpsi Ba(OH)2 karena menghasilkan nilai keasaman total yang lebih tinggi dibanding metode lain. Metode ini menggunakan prinsip titrasi potensiometri tidak langsung. Reaksi yang terjadi dapat ditulis

2RH + Ba(OH)2 berlebih → R2Ba dan + 2 H2OBa(OH)2 sisa + 2 HCl → BaCl2 + 2H2O

Di mana R adalah makromolekuler dan H adalah proton pada gugus –COOH dan –OH yang bersifat asam.

Keasaman total (cmol/kg) dapat dihitung menggunakan metode barium hidroksida dengan persamaan :

dengan Vb = volume larutan standar asam yang digunakan untuk titrasi blangko Ba(OH)2, Vs = Volume larutan standar asam yang digunakan untuk titrasi sisa Ba(OH)2 dan larutan sampel, N = normalitas larutan standar asam.

Ciri lain dari asam humat adalah terkandungnya gugus karboksilat yang lebih rendah daripada asam fulvat. Kandungan gugus karboksilat dalam asam humat dapat ditentukan dengan berbagai metode di antaranya pertukaran ion, dekarboksilasi, esterifikasi, iodometri dan metode Ca-asetat. Metode Ca-asetat didasarkan pada reaksi pembentukan asam asetat menurut reaksi berikut :

2R-COOH + Ca(CH3COO)2 (RCOO)2Ca + 2CH3COOH

Kadar –COOH ditentukan dengan menitrasi asam asetat yang dihasilkan dengan larutan basa standar. Kandungan gugus –COOH (cmol/kg) dihitung menggunakan persamaan berikut :

Dengan Vs adalah volume larutan basa standar yang digunakan untuk menitrasi sampel. Vb

adalah volume larutan basa standar yang digunakan untuk menitrasi blangko, N adalah normalitas larutan basa standar.

Kandungan gugus –OH total dalam asam humat dapat ditentukan dengan metode asetilasi dengan asetat anhidrat atau metilasi dengan dimetil sulfat, dengan asumsi bahwa yang mengalami metilasi adalah gugus –OH fenolat dan –OH alkoholat. Kandungan asetil ditentukan dengan persamaan sebagai berikut :

Kandungan asetil = (Vs – Vb) x N x 106

Milligram sampel

COOHGugus miligram

10N)VV( 6bs

sampel

Dengan Vs adalah volume larutan basa standar yang digunakan untuk menitrasi sampel. Vb

adalah volume larutan basa standar yang digunakan untuk menitrasi blangko, N adalah normalitas larutan basa standar.

Kandungan OH total = Kandungan asetil /1-0,042 x kandungan asetil

Gugus –OH fenolat dihitung berdasarkan selisih antara keasaman total dan kandungan gugus karboksilat, sedangkan gugus –OH alkoholat ditentukan dari selisih antara gugus –OH total dengan gugus –OH fenolat.

Identifikasi gugus-gugus fungsional utama senyawa humat dengan spektoskopi inframerah tersaji pada tabel berikut :

Bil.Gelombang (cm-1) Gugus Fungsi

3400 – 33002940 – 29001725 – 1720 1660 – 1630

1620 – 16001590 – 15171460 – 14501400 – 1390

1280 – 1200

1117 – 950

Ulur O – H , ulur N – H Ulur C – H alifatikUlur C = O dari COOH dan keton Ulur C=O dari amida, kuinon, atau C = O dari ikatan –H konjugasi keton C=C aromatik, ikatan –H pada C = OUlur simetris COO-, N – H deformasi dan ulur C = NC – H alifatikPerubahan OH dan ulur C – O fenol, perubahan C–H dari CH2 dan CH3, ulur asimetris COO-.Ulur C – O dan perubahan OH dari COOH, ulur C–O dari aril eterUlur C – O polisakarida, Si – O pengotor silika.

Spektra asam humat dan asam fulvat menurut Stevenson dan Goh

Spektra inframerah asam humat menurut Stevenson dan Goh

Pembentukan senyawa humatTeori lignin : lignin tidak sempurna dimanfaatkan oleh mikrobia dan residunya menjadi bagian dari humus tanah. Modifikasi lignin secara fisiokimia meliputi hilangnya gugus metoksi (-OCH3) menghasilkan gugus –OH fenolik dan oksidasi rantai samping lignin (pembelahan cincin aromatis) menghasilkan gugus –COOH. Teori Kondensasi Gula Amina : senyawa humat yang berwarna coklat dihasilkan dari reaksi kondensasi gula dan amina yang telah tereduksi oleh aktifitas mikrobia, dengan reaksi awal penambahan amina pada gula, membentuk 1-amino-2-deoksi-ketosa. Kemudian mengalami penataan ulang membentuk senyawa yang mudah mengalami polimerisasi dan membentuk senyawa humat.Teori Polifenol : menurut teori ini lignin mengalami perusakan oleh mikrobia melepaskan fenolik aldehid dan asam secara enzimatis dikonversi kuinon, selanjutnya mengalami polimerisasi dengan atau tanpa senyawa amino membentuk senyawa humat.

Secara umum minimal terdapat tiga tahappembentukan senyawa humat :1. Dekomposisi hidrolitik sisa tanaman dengan diikuti sintesis senyawa aromatis sederhana2. Oksidasi senyawa aromatik oleh mikrobia membentuk hidroksikuinon 3. Kondensasi senyawa kuinon menghasilkan senyawa humat.

Struktur Asam Humat Struktur asam humat secara pasti belum dapat ditentukan. Hanya saja secara hipotetik

banyak model struktur asam humat yang diajukan oleh banyak peneliti sebagai kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan. Di antara struktur yang diajukan antara lain

CH2 O

CH2

COOH

OCH 3

CH

HC

O

C6H11O5

CH2

N N

CH2

OH

HC

CH OCH2

OH

CH2

C HN C8H16O3N O

H2C O

HO

O

O

O

O

OH O O

(1) (1) (1) (1) (1) (1)

(2) (2)

(4)

(4) (3) Gambar Struktur hipotetik asam humat menurut Drogunov

Ket : 1. Cincin aromatis di atau trihidroksi benzena, bagian ikatan rangkap gugus kuinon 2. Nitrogen siklik. 3. Nitrogen komponen rantai 4. Residu Karbohidrat

Struktur hipotetik asam humat yang dianggap memenuhi konsep-konsep yang ada diajukan oleh Stevenson. Pada struktur ini asam humat mengandung gugus –OH fenolat, -COOH, yang terikat pada cincin aromatik dan kuinon dengan jembatan nitrogen dan oksigen

Interaksi dengan LogamSenyawa humat dapat berinteraksi dengan kation logam khususnya logam-logam transisi

karena mengandung gugus fungsional yang kaya oksigen dan nitrogen seperti COOH, -OH fenolik, enolik, -OH alkoholik dan C=O serta adanya amino. Interaksi senyawa humat dengan

O

O

O

HO

HO

HO

HCO

COOH

COOH

COOH

COOH

COOH

OH OH

Gambar Struktur hipotetik asam humat menurut Fuch

H2C

O

Ar

OH

OH

OH

HO

HO OH

C3

HO

O

O

NH

O

O

OCH3

HO

COOH

COOH OH

OH

O

O

HO

OH O OH

OH

CH2

O

Ar

Gambar Struktur hipotetik asam humat menurut Flaig

Gugus COOH aromatik (terisolasi)

Gugus –OH fenolat (ikatan hidrogen)

Gugus –OH fenolat bebas

Gambar Struktur hipotetik asam humat menurut Stevenson (1994)

COOH COOH

HO OH OH

O

HO

N

O

COOH

R CH

O

O H

O

O CH

HC

O

C = O

(CH-OH) 4

CH=O

N

CH2

NH

R CH

C=O

NH

O

O

O OH

O

H

O O OH

COOH

COOH

(gula)

Gugus COOH yang saling berdampinganOksigen sebagai

jembatan peptida

N siklik

Gugus quinon)

Gula

logam terjadi pada sejumlah sisi-sisi aktif, dengan afinitas ikatan mulai dari energi rendah sampai energi tinggi membentuk ikatan koordinasi yang stabil.

Pola interaksi antara asam humat dengan ion logam dapat melalui (1) pembentukan ikatan hidrogen, (2) pertukaran ion, (3) pembentukan ikatan koordinasi, dan (4) pembentukan struktur khelat. Interaksi dapat terjadi melalui satu atau beberapa mekanisme.

Interaksi antara asam humat dengan ion logam yang menghasilkan ikatan paling kuat dapat diperoleh bila melalui mekanisme pembentukan ikatan koordinasi atau pembentukan struktur khelat. Ikatan yang lebih lemah dapat diperoleh apabila sisi aktif dari asam humat yang mengikat logam secara kuat telah jenuh.

Interaksi antara ion logam dengan ligan yang berasal dari bahan alam pada umumnya berlangsung melalui pertukaran kation, secara garis besar dapat dibedakan menjadi tiga kelompok yaitu:a. Interaksi pertukaran kation cepat, melibatkan ion Na, K, Mg, Ca, Li, Cs, Rb, Sr, dan Ba.

Kation-kation ini cenderung membentuk kompleks dengan ligan oksigen menghasilkan senyawa kompleks yang relatif tidak stabil sehingga mengalami pertukaran kation yang cepat dalam air.

b. Interaksi pertukaran kation kurang cepat, melibatkan Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, dan Pb2+. Kation-kation ini menunjukkan afinitas yang kuat dengan ligan yang mengandung O, N, dan S. Dalam sistem perairan logam ini membentuk kompleks yang stabil sehingga tidak ditemukan dalam bentuk bebas.

c. Interaksi pertukaran kation lambat, melibatkan Cu+, Ti+, Cd+, Ag+, Au+, dan Hg2+. Kation-kation ini memiliki afinitas yang kuat dengan ligan yang menggandung nitrogen dan sulfur.Menurut Aiken (1985), gugus-gugus fungsional asam humat mempunyai kemampuan

sebagai ligan yang berbeda-beda dalam membentuk kompleks dengan ion logam. Urutan kekuatan beberapa gugus fungsional sebagai berikut : -O- (enolat) > -NH2 (amina) > -N=N (azo) > -N- (cincin N) > -COOH (karboksil) > - O- (eter) > -C=O (karbonil). Umumnya interaksi senyawa humat dengan logam alkali dan alkali tanah melibatkan pembentukan ikatan ion, sedangkan dengan unsur-unsur logam transisi melibatkan ikatan kovalen dan ikatan kovalen koordinasi atau pembentukan kompleks.

Gugus fungsional asam humat yang mengandung oksigen seperti –O - dan -COO-

merupakan situs aktif yang menentukan kemampuan senyawa humat dalam mengikat kation. Studi spektroskopi inframerah telah mengkonfirmasi peranan penting dari gugus karboksilat dari senyawa humat dalam membentuk kompleks dengan ion logam. Kation yang memiliki daya polarisasi yang tinggi cenderung menghasilkan interaksi yang kuat dengan senyawa humat karena kerapatan muatan positif yang tinggi.

Kestabilan kompleks yang terbentuk antara senyawa humat dengan ion logam sangat dipengaruhi oleh sifat logam dan ligan itu sendiri. Sifat ion logam meliputi : (1) ukuran ion logam, makin kecil ukuran ion logam maka kompleks yang terbentuk semakin stabil, (2) Polarisabilitas ion logam, makin tinggi polarisabilitas ion logam maka kompleks yang terbentuk semakin stabil. (3) energi ionisasi, makin tinggi energi ionisasi suatu logam maka kompleks yang terbentuk semakin stabil.

Sifat ligan yang meliputi : (1) kebasaan, makin kuat basa lewis suatu ligan maka semakin stabil kompleks yang terbentuk, (2) polarisabilitas dan momen dipol, makin tinggi polaritas dan polarisabilitas suatu ligan makin stabil kompleks yang terbentuk, dan (3) faktor sterik, tingginya rintangan sterik yang dimiliki oleh ligan akan menurunkan stabilitas kompleks.

pH sistem sangat mempengaruhi interaksi logam dan ligan. Pada pH rendah, berarti jumlah H+ semakin banyak sehingga situs aktif ligan akan mengalami protonasi, sebaliknya pada pH tinggi, jumlah OH- yang banyak menyebabkan situs aktif ligan mengalami deprotonasi. Umumnya interaksi antara asam humat dengan logam bertambah dengan meningkatkan pH larutan.

Karbon AktifKarbon aktif adalah karbon yang telah mengalami proses pengaktifan sehingga

mempunyai daya serap yang tinggi terhadap senyawa lain sepeti zat warna, bau, zat-zat beracun dan zat-zat kimia lain.

Karbon aktif berbentuk amorf mempunyai daya serap yang tinggi terhadap gas, uap, atau zat terlarut. Hal ini karena karbon aktif mempunyai pemukaan yang luas antara 300- 2500 m2/gram. Luas permukaan yang besar ini disebabkan karena karbon mempunyai permukaan dalam (internal surface) yang berongga.

Karbon aktif menurut bentuknya dibagi menjadi dua yaitu bentuk granular dan berbentuk bubuk. Karbon bentuk granular biasanya digunakan untuk adsorpsi gas, tetapi dalam proses deklorinasi, penghilangan warna serta pemisahan komponen-komponen dalam sistem mengalir bentuk granular lebih disukai. Untuk adsorpsi larutan biasanya menggunakan karbon dalam bentuk bubuk.

Sifat-sifat umum karbon aktif adalah amorf, berwarna hitam,tidak berbau, tidak berasa, dan mempunyai daya serap tinggi, serta tidak larut dalam air, basa, asam encer dan pelarut organik.Struktur

Karbon aktif adalah karbon amorf, tidak mempunyai struktur kristal tertentu. Struktur karbon aktif menyerupai struktur grafit. Karbon aktif terdiri atas pelat-pelat datar, atom C tersusun dalam sisi heksagonal dan setiap atom karbon terikat secara kovalen dengan atom karbon yang lain. Pada grafit, pelat-pelat ini lebih dekat satu sama lainnya dan terikat dengan cara tertentu yang tidak dijumpai pada karbon kristal.

Kristal grafit terdiri atas bidang-bidang datar heksagonal yang tersusun dari atom-atom karbon yang mempunyai cincin-cincin aromatis dalam senyawa organik. Antar lapisan terikat dengan gaya Van der Waals. Tiga dari empat elektron karbon membentuk ikatan kovalen dengan atom sekitar sedangkan satu elektron beresonansi dengan beberapa struktur ikatan valensi. Bidang-bidang datar tidak tersusun pada sumbu tegak lurus melainkan antara lapis yang satu dengan lapis yang lain membentuk sudut tak tentu dan saling tumpang tindih tidak beraturan. Berdasar data spektrograf sinar X struktur ini diinterpretasikan sebagai struktur mikrokristal. Struktur mikrokristal ini dipengaruhi oleh pengotor dan metode pembuatan yang digunakan.

Gambar struktur grafit.

Karbon aktif mengandung elemen-elemen yang terikat secara kimia seperti oksigen dan hidrogen. Elmen-elemen ini berasal dari bahan baku dan akibat dari proses yang tidak sempurna baik pada tahap karbonisasi maupun pada tahap aktivasi. Elemen-elemen ini akan berkombinasi dengan karbon dalam struktur cincin membentuk gugus heterosiklis pada bagian ujung bidang. Gugus heterosiklis ini mempengaruhi sifat-sifat dari karbon aktif. Demikian pula dengan adanya abu yang bukan merupakan bagian produk dapat mempengaruhi sifat-sifat dari karbon aktif.

Gugus-gugus fungsional yang terbentuk dalam karbon aktif adalah :

1 432 5

Struktur pori-pori

Proses aktivasi adalah proses pengubahan pori-pori yang sudah dari bahan menjdi lebih banyak, ukuran dan distribusi sesuai dengan yang diharapkan. Selama proses aktivasi elemen-elemen pengotor terbebaskan, sehingga jumlah pori-pori menjadi lebih banyak dan ukuran menjadi besar.

Pori-pori yang dihasilkan dari proses aktivasi ada beberapa macam bentuk yaitu : (1) bentuk kapiler yang terbuka pada kedua ujung, (2) bentuk kapiler dengan salah satu ujungnya tertutup, (3) bentuk kapiler leher sempit, dan bentuk meruncing (huruf V).

Struktur pori adsorben karbon aktif dibagi menjadi tiga kategori : yaitu makropori, mesopori, dan mikropori.

Makropori mempunyai radius efektif lebih besar dari 100 nm. Pada karbon aktif radius efektif makropori berkisar 500-2000 nm, volume antara 0,2-0,8 mL/gram dengan luas permukaan 0,5-2 m2 /gram. Luas permukaan yang kecil, pada karbon aktif makropori tidak banyak berperan dalam proses adsorpsi kecuali untuk adsorbat organik yang mempunyai ukuran molekul besar.

Mesopori mempunyai ukuran antara 50 -100 nm dan 2 nm. Karbon aktif mempunyai radius efektif biasanya 4-20 nm dengan volume antara 0,02-0,1 mL/gram. Luas permukaan spesifiknya 20-70 m2/gram. Karbon aktif dengan porositas mesopori yang diperbesar, volume pori dapat mencapai 0,7 mL/gram, dan luas permukaan mencapi 200-450 m2/gram. Pada permukaan mesopori terjadi adsorpsi monomolekuler dan polimolekuler.

Radius efektif mikropori lebih kecil dari 1,8-2 nm. Untuk karbon aktif, volume mikropori sekitar 0,15-0,5 mL/gram dan luas permukaan spesifik mencapai 95% dari luas permukaan spesifik keseluruhan.

Sifat adsorpsi Faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi adalah :

1. karakter dari adsorben, antara lain luas permukaan, ukuran pori, jumlah pori, gugus fungsional sebagai sisi aktif (active site)

2. karakter dari adsorbat antara lain ukuran molekul, kepolaran3. konsentrasi adsorbat dalam fasa cair, perbandingan adsorbat dengan adsorben.4. karakter fasa cair (larutan) antara lain temperatur, pH5. waktu kontak adsorpsi.

Sifat-sifat adsorpsi karbon aktif tidak hanya ditentukan oleh porinya, tetapi ditentukan juga oleh komposisi kimianya. Seperti kandungan gugus fungsional dan pengotor yang terjadi baik yang berasal dari bahan baku maupun karena proses karbonisasi dan aktivasi. Karbon aktif secara luas telah digunakan sebagai adsorben karena memiliki beberapa kelebihan :

1. karbon aktif tidak memerlukan proses awal yang rumit sebelum digunakan pada proses memisahkan dan pemurnian larutan.

2. memiliki permukaan internal yang luas, dapat menyerap molekul-molekul organik non polar dan sedikit polar lebih baik daripada adsorben lain pada kondisi temperatur kamar dan tekanan rendah.

3. panas adsorpsi rendah. Hal ini karena gaya yang berperan utama pada proses adsorpsi pada karbon aktif adalah gaya van der Waals, sehingga mudah dilakukan regenerasi.

Secara umum faktor yang menyebabkan karbon aktif memiliki daya serap adalah 1. dengan adanya pori-pori mikro antar partikuler yang sangat banyak jumlahnya pada

karbon aktif, hal ini akan menimbulkan gejala kapiler.2. luas permukaan yang sangat besar.3. karbon aktif memiliki gugus fungsional pada permukaan sebagai pusat aktif

6

7

(1) hidroksida (2) lakton (3) kaboksilat anhidrat (4) karboksilat (5) karbonil (6) kuinon (7) lakton tipe fluoresein

Adsorpsi dibedakan menjadi dua, yaitu adsorpsi fisika (physisorption) dan adsorpsi kimia (chemisorption). Adsorpsi fisika terjadi bila perbedaan energi atau gaya tarik elektris lemah antara adsorbat dengan adsorben yang menyebabkan adsorbat terikat pada adsorben. Adsorpsi jenis ini merupakan multi lapisan atau multi molekuler, yaitu tiap-tiap lapisan yang terbentuk di dahului oleh lapisan pada bagian atas dengan banyaknya lapisan berbanding dengan besarnya konsentrasi. Adsorpsi fisika adalah reversibel (dapat balik) tergantung pada kekuatan gaya tarik antar molekul. Bila gaya tarik (energi) yang terjadi lemah maka adsorbat dengan mudah didesorpsi. Energi adsorpsi fisika sekitar 5-10 kkal/mol.

Adsorpsi kimia terjadi bila antara adsorbat dengan adsorben terjadi reaksi kimia membentuk senyawa kimia baru pada permukaan adsorben.Adsorpsi kimia merupakan proses satu lapisan (monomolekuler). Energi yang terlibat dalam adsorpsi kimia lebih besar dari 10 kkal/mol, sebanding dengan energi ikatan kimia. Pada adsorpsi kimia terjadi pertukaran atau penggunaan elektron bersama antara adsorbat dan permukaan adsorben sehingga membentuk ikatan kimia.Proses pembuatan karbon aktif.

Karbon aktif dibuat melalui beberapa tahap yaitu (1) preparasi bahan baku, (2) karbonisasi bahan baku pada tempertur rendah, (3) aktivasi arang hasil karbonasi.Preparasi bahan baku dilakukan dengan memilih bahan baku yang mengadung karbon seperti batu bara, kayu, tempurung, tanah gambut, dan sebagainya.Proses karbonisasi dengan cara pirolisis bahan baku pada temperatur sekitar 400-500 OC. hasil karbonisasi adalah arang yang kurang aktif, karena memiliki luas permukaan yang hanya mencapai beberapa meterpersegi, masih banyak pengotor, serta pori-pori tidak seragam. Untuk mengubah arang menjadi lebih aktif perlu dilakukan aktivasi.

Proses aktivasi dilakukan untuk mengubah pori-pori dari bahan baku yang telah ada menjadi lebih banyak, ukuran pori seragam dan terdistribusi sesuai denga yang diinginkan. Dengan proses aktivasi, karbon hasil karbonisasi akan memilki luas permukaan lebih besar dan pori-pori sesuai dengan kebutuhan.Proses aktivasi yang biasa dilakukan ada dua macam yaitu :

1. aktivasi kimia. Aktivasi kimia dilakukan dengan menambahkan zat pengaktif pada saat proses karbonisasi.zat pengaktif yang digunakan adalah ZnCl2, KOH, NaOH, asam fosfat, potasium sulfida, potasium tiosianat, dan zat lain yang dapat mencegah terbentuknya pengotor, menjaga terjadinya penyusutan. Proses aktivasi kimia umumnya digunakan untuk arang yang berbahan baku lignin.

2. aktivasi fisika. Aktivasi fisika dilakukan dengan mengalirkan gas panas pada arang hasil karbonisasi. Temperatur pada proses ini sekitar 700-1100O C. Untuk menghasilkan pori yang seragam, pada proses ini dilakukan kontrol terhadap laju alir gas, dan menggunakan gas oksidator lemah seperti CO2, dan uap air, sehingga laju reaksi permukaan lebih lambat daripada laju difusi pori.

Kegunaan karbon aktifKarbon aktif dapat digunakan sebagai bahan pemucat, penyerap gas, penyerap logam dan sebagainya.Kegunaan karbon aktif :1. pemurnian minyak

karbon aktif merupakan bahan yang baik untuk menyerap zat warna minyak, menyerap gas dan peroksida.

2. penurnian gulakarbon aktif dapat menyerap zat warna, senyawa-senyawa nitrogen dan koloid liofilik pada gula, sehingga proses penyaringan dan kristalisasi lebih baik.

3. penjernihan airKarbon aktif digunakan pada tahap akhir proses penjernihan air.

4. bahan makan lain. Karbon aktif digunakan dalam bahan makanan yang tidak dapat dimurnikan dengan cara pengkristalan dan destilasi. Karbon aktif dapat memperbaiki warna dan rasa dari makanan seperti gelatin, cuka, dan lain-lain. Karbon aktif tidak bereaksi dengan makanan, tetapi dapat menyerap bahan asing dalam makanan yang tidak dikehendaki.

5. industri kimia dan farmasi 6. katalis dalam reaksi

Postulat adalah teori yang belum tentu kebenarannya tapi dalam dalam pengujiannnya hasilnya benar.